相對論,是關於時空和引力的理論,主要由愛因斯坦創立,按照研究物件的不同可以分為狹義相對論和廣義相對論。相對論的提出極大地改變了人類對宇宙和自然的“常識性”觀念,給物理學帶來了革命性的變化,和量子力學一起共同奠定了現代物理學的基礎。說了這麼多,相對論到底講了點啥?下面我們就來一起看看吧。
狹義相對論
狹義相對論由愛因斯坦在他1905年的論文《論動力體的電動力學》中首次被提出。狹義相對論建立在以下兩個基本假設上:
第一個假設是狹義相對性原理,也叫狹義協變性原理。通俗的來說,這個假設認為一切的慣性參考系都滿足完全相同的物理規律,他們之間都是相同的,而他們之間的運動也是相對的。舉個例子來說,當一個人身處在一個封閉而且絕對平穩的勻速運動的車廂裡,透過任何物理實驗,都無法判斷自己是否在運動,也無法測得自己的運動速度。從物理學上講,地面和這個勻速運動的車廂是沒有任何區別的,可以說地面是靜止的而車廂在運動,也可以說車廂是靜止的但地面在運動,二者沒有任何區別。
而在提出了上面這個假設後,愛因斯坦又提出了這樣一個理論,也就是廣為人知的光速不變原理。
光速不變原理認為,無論相對於哪個參照系,光的速度都是不變的。
光速不變原理誕生之後,和牛頓的經典力學的矛盾也隨之而來。讓我們想想這樣一個問題:按照牛頓力學的基本原理,光是在介質中跑的,如果我這個介質本身就有一定的速度,那麼光的速度是不是應該就是介質運動的速度加上光本身的速度?但是,實際上並非如此
光其實是一種電磁波,那麼光必然就需要遵循麥克斯韋方程組,從麥克斯韋方程組中可以推匯出光速只由介電常數和磁導率決定,而這兩個數值在同一介質中都是固定常數,也就是說不管這個介質運動的是快是慢,光從這個介質中穿過的速度都是一樣的。
愛因斯坦透過這兩個假設將當時物理學中一些難以解釋的實驗成果與經典物理的時空觀結合起來提出了狹義相對論,並極大的改變了我們的時空觀,從這一點來看狹義相對論是革命性的。
廣義相對論
說完了狹義相對論,我們再來看看廣義相對論。
廣義相對論是愛因斯坦在1916年提出的。這一理論認為引力是由空間——時間彎曲的幾何效應的畸變引起的,因而引力場影響時間和距離的測量。要注意,剛才我們說到的狹義相對論的時空背景視屏值得四維時空,而廣義相對論則適用於任意偽黎曼空間,它的時空背景是彎曲的黎曼時空。
在水星近日點的進動中,每百年43秒的剩餘進動長期無法得到解釋,而透過廣義相對論的計算結果,這一現象被完美地揭示了,從那之後,廣義相對論的正確性得到了廣泛的認同。
愛因斯坦在廣義相對論中提出了革命性的思想,即引力不像其他種類的力,它只不過是時空不是平坦的這一事實的結果。廣義相對論由於它的正確性和理論上的有沒,很快得到了人們的承認和贊張,近年來,由於黑洞物理、引力波探測、大爆炸物理學等分支的興起,廣義相對論逐漸成為了物理學研究的重要理論基礎。
結束語
愛因斯坦的相對論是關於時空和引力的基本理論,嚴格地研究了時間、空間、物質和運動的基本概念,對時間、空間和物質給出了科學而系統的觀點,是物理學在邏輯上成為了一個完美地科學體系。